铝合金激光焊接工艺难点分析

1.铝合金焊接技术铝合金具有较高的比强度，较高的疲劳强度，良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率。它还具有出色的成型技术和良好的耐腐蚀性。它用于航空，航天和汽车，机械制造，造船和化学工业已被广泛使用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，焊接技术的发展扩大了铝合金的应用领域。然而，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临一些亟待解决的问题：表面难熔氧化膜，接头软化，易于产生气孔，易于发生热变形以及导热系数过高。传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊接工艺。尽管这两种焊接方法具有很高的能量密度，并且在焊接铝合金时可以获得良好的接头，但是它们仍然具有较差的熔深，较大的焊接变形和较低的生产效率。等缺点，使人们开始寻求新的焊接方法，激光技术逐渐开始在20世纪中后期开始应用于工业。空中客车公司在欧洲生产的A340飞机机身采用激光焊接技术代替了原来的铆接工艺，从而使机身重量减轻了约18％，制造成本降低了近25％。德国奥迪A2和A8全铝结构车也受益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的案例极大地促进了铝合金激光焊接的研究，激光技术已经成为未来铝合金焊接技术的主要发展方向。激光焊接具有功率密度高，焊接热输入低，焊接热影响区小，焊接变形小等优点，在铝合金焊接领域引起了特别的关注。二，铝合金激光焊接的问题及对策1.铝合金表面的高反射率和高导热性可以通过铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中自由电子的密度很高，自由电子被激光（强电磁波）强迫振动产生二次电磁波，从而产生强反射波和较弱的透射波，因此铝合金表面对激光有更高的影响反射率和很小的吸收率。同时，自由电子的布朗运动被激发并变得更强烈，因此铝合金也具有高导热性。对于铝合金对激光的高反射率，国内外已进行了大量研究。测试结果表明，适当的表面预处理，例如喷砂，砂纸抛光，表面化学蚀刻，表面电镀，石墨涂层，空气炉等。介质氧化可以减少光束反射，并有效地增加铝合金对光束能量的吸收。此外，考虑到焊接结构的设计，铝合金表面或以集光器，V型槽或量身定制的焊接形式（接头的缝隙相当于人造孔）形式的接头上的人造孔都可以增加铝合金对。激光的吸收获得更大的穿透深度。另外，焊接间隙的合理设计也可以用于增加铝合金表面上激光能量的吸收。 2.针孔效应和等离子体对铝合金激光焊接的影响。在铝合金激光焊接过程中，针孔的出现可以大大提高材料对激光的吸收率，并且焊接可以获得更多的能量。铝和铝合金中的Mg，Zn和Li的沸点低，易于蒸发且蒸气压高。尽管这有助于形成小孔，但等离子体的冷却效果（等离子体对能量的屏蔽和吸收减少了激光对基材的影响）。能量输入）使等离子体本身“过热”，但阻止小孔保持连续存在，并且容易产生焊接缺陷诸如气孔等会影响焊接的形成和接头的机械性能。因此，小孔的感应和稳定性成为保证激光焊接质量的重要点。由于铝合金的高反射率和高导热率，为了引起小孔的形成，需要更高的激光能量密度。由于能量密度阈值基本上由其合金成分控制，因此可以通过控制工艺参数以及选择和确定激光功率以确保适当的热量输入来获得稳定的焊接工艺。此外，能量密度阈值还受到保护气体类型的一定影响。例如，在铝合金的激光焊接中使用氮气时，容易产生小孔，而氦气则不会引起小孔。这是因为在N 2和Al之间可能发生放热反应，并且所得的Al-N-O三元化合物提高了激光吸收率。 3.孔隙问题不同类型的铝合金会产生不同类型的孔。通常认为铝合金在焊接过程中产生以下类型的气孔。 1）氢孔。铝合金在有氢气的环境中熔化后，内部的氢气含量可以达到0.69ml / 100g或更高。但固化后，平衡态下的氢溶解能力最大仅为0.036ml / 100g，两者之差接近20倍。因此，液态铝中过量的氢必须在从液态过渡到固态的过程中沉淀出来。如果沉淀的氢不能上浮并顺利逸出，它将聚集成气泡并以细孔形式保留在固态铝合金中。 2）保护气体产生的气孔。在高能激光焊接铝合金的过程中，由于金属在熔池底部小孔前端的强烈蒸发，保护气被吸入熔池中形成气泡。当气泡太晚而无法逸出并保留在固态铝合金中时，它们就会变成孔。 3）小孔造成的气孔塌陷。在激光焊接过程中，当表面张力大于蒸汽压力时，小孔将不稳定并塌陷，并且会在填充金属之前形成孔。还有许多减少或避免铝合金激光焊接中的孔缺陷的实际措施，例如调整激光功率波形，减少小孔的不稳定塌陷，改变光束聚焦高度和倾斜照射，在焊接过程中施加电磁子午线效应等。近年来，已经出现了一种使用焊丝填充物或预定合金粉末，复合热源和双焦点技术来减少气孔产生的方法，并取得了良好的效果。 4.裂纹问题铝合金是一种典型的低共熔合金，在激光焊接快速凝固的情况下，更容易产生热裂纹。当焊接金属结晶时，在柱状晶界处形成低熔点的低共熔物，如AL-Si或Mg-Si会导致裂纹。原因。为了减少热裂纹，可以通过填充焊丝或预装的合金粉末进行激光焊接。通过调整激光波形，控制热量输入还可以减少晶体裂纹。三，铝合金激光焊接的发展前景铝合金激光焊接最有趣的特点是其高效率，要充分发挥这种高效率，应将其应用于大厚度的深熔焊。因此，研究和使用高功率激光器进行大厚度深熔焊将是未来发展的必然趋势。大厚度的深熔焊具有更突出的针孔现象和对焊孔的影响。因此，针孔的形成机理和控制变得越来越多。这无疑将成为业界共同关注和研究的热点问题。人们追求的目标是提高激光焊接工艺和焊缝形成的稳定性，并提高焊接质量。因此，新技术，例如激光电弧复合技术，焊丝填充激光焊接，预设粉末激光焊接双向聚焦技术和光束整形将得到进一步改善和发展。